粤东部分地区空气污染成因分析

沈 劲，钟流举，陈多宏，岳玎利，谢 敏，江 明

(广东省环境监测中心国家环境保护区域空气质量监测重点实验室，广东 广州 510308)



粤东部分地区空气污染成因分析

沈 劲，钟流举，陈多宏，岳玎利，谢 敏，江 明

(广东省环境监测中心国家环境保护区域空气质量监测重点实验室，广东 广州 510308)

珠三角地区是广东省传统的空气污染区，随着空气质量新标准在全省范围的实施，发现粤东部分地区空气污染也较严重。通过对粤东地区的揭阳市及其邻近地区空气污染物浓度及相关气象因子的分析，并结合后向轨迹聚类分析等手段，对该地区空气污染成因及其过程进行了研究。结果表明：高温、高湿、少雨和弱东南风等不利气象条件是揭阳市空气高污染多发的主要因素，来自长三角的污染气团进一步加剧了揭阳市O3污染，来自台湾海峡等地的气团轨迹短、湿度大且风速低，加速了PM2.5二次成分快速生成与积累；通过典型污染过程的分析发现，大陆性气团出海后气体被氧化成气溶胶并折返大陆是导致揭阳市等粤东地区PM2.5污染事件发生的重要原因。

空气污染；O3；PM2.5；后向轨迹聚类；粤东地区

以光化学污染为主的复合型污染是目前城市区域大气颗粒物污染的主要形式和发展趋势[1]，随着对大气污染物扩散[2]和颗粒物化学成分分析研究[3]的深入，有关我国部分地区大气污染特征的研究已有较多报道。近几十年来，我国珠三角地区经历了快速的区域工业化和城市化进程，空气污染问题严重，虽然政府采取了一系列减排措施来控制大气污染，一次污染得到了一定程度的控制，但二次污染则有加重的趋势[4]。欧美对光化学烟雾问题的研究开展较早[5]，而我国开展得相对较晚，特别是针对珠三角地区，近二十年才有较多关注与研究。通过PRIDE-PRD等对珠三角地区的加强观测与系列研究[6]，目前珠三角地区的污染特性[7]、大气边界层的污染气象特征[8]、大气复合污染机理研究[9]等已取得了一定的成果；珠三角地区高时空精度的排放清单也已建立[10]；基于化学传输模型的研究也日渐增加[11]；珠三角地区各地级市不同行业类别的源(电厂、流动源、天然源、工业源、海洋源、生物质燃烧源和农业活动源、其他源等)对不同受体点O3[12]和PM浓度贡献[13]也已有研究。

然而，随着《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)在广东省的全面实施，发现非珠三角部分地区空气污染也比较严重，某些时段空气质量甚至比珠三角地区还差。根据2014年第一季度广东省城市环境空气质量排名[14]，粤东地区的揭阳市排在全省22个市(区)的倒数第二名，其PM2.5平均浓度达76 μg/m3，是粤西湛江市(35 μg/m3)的两倍多，也高于广州(67 μg/m3)和佛山(61 μg/m3)。目前，关于粤东地区空气污染特征及机理的研究报道较少，因此深入开展粤东部分地区空气污染成因的研究，将有助于了解珠三角外重污染现象的形成机理，对于广东省空气污染的防治具有极其重要的作用。

1 资料与方法

因非珠三角城市从2013年底起才开始实施空气质量新标准，所以本研究利用揭阳市东湖公园、仙滘、中长和渔湖初级中学4个监测站2014年1月1日至4月30日的监测数据(包括SO2、NO2、CO、PM10、PM2.5和O3)进行该地区空气污染成因分析。首先分析揭阳市的污染现状及与其他城市对比情况；然后通过分析揭阳市附近的气象观测站(116.683°E、23.400°N)同期的气象观测资料(主要是风速、温度和降水等)，从气象的角度分析揭阳市空气污染的成因；最后通过后向轨迹聚类分析等方法比较不同气团来源的污染特征，以说明区域输送的影响。本研究使用反向轨迹模型HYSPLIT[15]对污染气团的来源进行分析，气象资料来源于美国国家海洋大气局(NOAA，http://ready.arl.noaa.gov/HYSPLIT.php)。

2 结果与分析

2.1 揭阳市空气污染现状

揭阳市2014年1—4月份SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3日最大8 h平均浓度分别为27 μg/m3、28 μg/m3、91 μg/m3、72 μg/m3和115μg/m3，CO日均浓度为1.76 mg/m3，根据我国《环境空气质量指数(AQI)技术规范(试行)》(HJ 633—2012)，揭阳市SO2、NO2和CO均达标，但PM和O3超标较严重。其中，揭阳市2014年第一季度首要污染物以PM2.5为主，PM2.5日均浓度超标率达43.3%，PM10和O3日最大8 h平均浓度超标率分别为8.9%和7.8%，第一季度PM10和PM2.5平均浓度比珠三角地区平均值高19%和33%，比全省平均值高22%和36%；4月份揭阳市O3日最大8 h平均浓度超标率较高，达23.3%，明显高于同期珠三角(5%)和全省(4.1%)O3平均浓度超标率，其次是PM2.5，日均浓度超标率约为16.7%，其余污染物均无超标情况出现。可见，揭阳市的空气污染问题主要是O3和PM2.5为首要污染物的大气复合污染问题。

2.2 空气污染与气象因子之间的关系分析

由于揭阳市6种空气污染物中O3和PM2.5的超标情况最严重，本文将重点分析该两种污染物与气象因子之间的关系。

一般在主导风向是偏北风或是存在降水的情况下，揭阳市空气中污染物浓度(O3和PM2.5)较低；在高温、无雨、低风速和东南风主导的情况下，空气中污染物浓度较高，空气污染相对较严重，见图1。在存在降水的情况下，O3日最大8 h平均浓度和PM2.5日均浓度分别为89 μg/m3和57 μg/m3，远低于未降水时的126 μg/m3与79 μg/m3；在主导风向是东风到南风时(90°～180°)，O3日最大8 h平均浓度为121 μg/m3，高于非东南风时的102 μg/m3。而对于PM2.5，东南风和非东南风为主导时PM2.5日均浓度相当，分别为72 μg/m3与74 μg/m3。2014年1—4月份粤东地区平均风速为2.2 m/s,可见低风速不利于污染物的扩散。

2014年1月初揭阳市PM2.5日均浓度达150 μg/m3，O3日最大8 h平均浓度超过200 μg/m3，这主要是受全国大范围高污染的影响，这几天广东省空气污染普遍严重。图1显示，在2014年1月中下旬和2月初，在高温少雨的情况下，O3日最大8 h平均浓度和PM2.5日均浓度分别维持在150 μg/m3和100 μg/m3左右；随着2月初冷空气南下，降温与降水过程同时发生，O3和PM2.5浓度快速回落，但2月中旬到3月上旬两种污染物的浓度随着气温回升呈现较快增加的态势，尽管其中有一次降温降水过程导致污染物浓度快速回落；3月中旬以后，两种污染物浓度主要受降水影响，当降水量为0时，两种污染物浓度较高，特别是在4月中下旬，长期的高温无雨天气使O3日最大8 h平均浓度一直在高位振荡。

2.3 空气污染与气团来源的关系分析

通过对揭阳市2014年1—4月份每6 h的气团进行后向轨迹聚类分析发现，该地区的气团主要来源于我国东南沿岸，其次是广东省中部和台湾海峡(见图2)。若揭阳市的气团经过我国东南沿海地区，其O3日最大8 h平均浓度明显高于其他两种情况(见表1)，其值达126 μg/m3，这主要是由于长三角地区的空气具有高NOx浓度的特性[16]，其输送到揭阳后在适宜的气象条件和较适中的本地VOC排放下可以生成较多O3。对于PM2.5，来源于台湾海峡的气团具有较高浓度，这是因为该类气团轨迹较短，说明扩散条件相对较差，再加上气团来自海洋，相对湿度高，更有利于细颗粒物二次生成[17]；同时，广东东南沿海地区和台湾南部排放的污染物往粤东地区输送，受揭阳西部莲花山脉的阻挡，污染物容易在揭阳地区累积；而来源于广东省中部的气团，尽管携带的污染物较多，但要越过1 200～1 500 m高的莲花山脉才能到达揭阳，在这过程中污染物消耗较大，所以此类气团造成的污染最轻。此外，不同气团来源的情况中，PM2.5占PM10的百分比在78%～82%之间，这表明大气氧化性强，二次污染明显，污染控制难度较大。

表1 不同气团来源的揭阳市空气污染特性

2.4 高PM2.5事件个例分析

2014年3月12日揭阳市PM2.5日均浓度快速增长到150 μg/m3，后向轨迹聚类分析结果表明，其近地面气团源于内地，但出海后又折返回揭阳市(见图3)。分析原因认为：气团经两广陆地上空东行至台湾海峡，遇到海洋气团顶托，折返广东省东部沿岸并转化为高湿污染气团；来自陆地的污染物在海洋上空高湿度条件下，PM2.5二次组分快速生成，同时随着海盐气溶胶的增加，PM2.5浓度将增加；气团重新进入内地时，气团出现了明显下压，伴随边界层的下降，污染物在近地面较快速的累积，导致3月12日当天揭阳市PM2.5浓度突然升高(见图1)。

3 结论与建议

(1) 部分珠三角以外地区的空气污染程度比珠三角大部分地区严重，粤东地区揭阳市已出现以高PM2.5和高O3浓度为特征的大气复合二次污染。其中2014年第一季度PM2.5日均浓度和O3日最大8 h平均浓度超标率分别达43.3%和7.8%。

(2) 2014年1—4月份粤东地区受东南暖湿气流的影响，温湿度均较大，加之风速低、降雨少，污染物不易扩散或清除；来自长三角和东南沿岸的气团携带污染物远距离输送，加上近海湿度较大，利于二次污染物的生成。大陆性气团在海洋上空老化并折返揭阳是造成其高PM2.5污染事件的重要原因。

(3) 揭阳市三面环山一面朝海，可能会遇到气团从海洋吹送至揭阳市，未能越过高山而在本地回旋的情况，从而造成本地污染不断累积的现象。

(4) 今后仍需要对揭阳市的空气质量进行进一步细化监测或模拟，以定量分析不同过程对揭阳市空气污染的贡献。

致谢：揭阳市环境监测站提供了空气污染物监测数据，在此致以最诚挚的谢意。

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Analysis on the Causes of Air Pollution in Parts of East Guangdong

SHEN Jin,ZHONG Liuju,CHEN Duohong,YUE Dingli,XIE Min,JIANG Ming

(StateEnvironmentalProtectionKeyLaboratoryofRegionalAirQualityMonitoring,GuangdongEnvironmentalMonitoringCenter,Guangzhou510308，China)

The Pearl River Delta (PRD) is a traditional air pollution region in Guangdong Province.But with the implementation of the new standards of air quality in Guangdong,we find that the air pollution in east Guangdong is more serious than that in PRD.This paper analyzes the concentration of air pollutants and meteorological factors in or near Jieyang City and does air mass backward trajectory clustering analysis.The results show that adverse weather conditions such as high temperature,high relative humidity,little precipitation and weak southeast wind are the causes of serious air pollution in Jieyang City.The polluted air mass from Yangtze River Delta aggravates the ozone pollution in Jieyang City.The air masses from the Taiwan Strait with the characteristics of short-tail trajectory,high humidity and low wind speed aggravate the formation and accumulation of the secondary components of PM2.5.The analysis of the typical pollution episode shows that the aerosol oxygenated from the continental air masses with pollutants reentered east Guangdong after reaching the sea is an important cause for high PM2.5pollution in Jieyang City.

air pollution;ozone;PM2.5;backward trajectory clustering;East Guangdong

殷坤龙(1963—)，男，教授，博士生导师，主要从事地质灾害预测预报与防治方面的工作。E-mail：yinkl@cug.edu.cn

1671-1556(2015)01-0056-04

2014-05-12

2014-12-25

国家自然科学基金项目(41303075);中国科学院战略性先导科技专项项目(B类，大气灰霾追因与控制)

沈 劲(1985—)，男，硕士，工程师，主要研究方向为大气污染与空气质量预报预警。E-mail:15120092912@163.com

X51

A

10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2015.01.010